国际空间站商业化发展研究

张 蕊， 杨 哲， 宋国梁

（1.北京空间科技信息研究所， 北京 100094； 2.北京卫星制造厂有限公司， 北京 100094）

1 发展背景

国际空间站（International Space Station，ISS）是有史以来规模最大的国际航天合作计划，以美国、俄罗斯为主导国，联合日本、加拿大、巴西和欧洲航天局等十余个国家共同建造和运行的大型空间设施，集中了世界主要航天大国各种先进设备和技术力量。 作为近地轨道上的重要研究平台，自1998 年建造以来，已在轨运行约二十余年，在生物与技术、地球与空间科学、教育活动、人体研究、物理科学、技术试验等六大领域开展了千余项研究项目，取得了丰硕的研究成果，带来了较好的经济和社会效益。

随着美国商业航天市场规模不断扩大、体系不断完善，国际空间站商业化随之兴起并不断发展完善，商业运输、商业在轨应用、太空旅游等成为重点领域，此举成为美国载人航天降低成本、鼓励创新、提升竞争力的一个重要途径。 在战略考虑上，随着近地空间大规模设施建造部署、载人长期驻留等技术的日益成熟、可重复使用技术的快速发展，美国将未来战略目标定位于任务更复杂、成本更高的载人深空探索，近地空间发展商业力量保持持续发展，以确保其在近地轨道及以远的全球主导地位。

在所处阶段上，美国面临航天飞机退役，近地轨道运输断档，急需发展商业力量确保其近地轨道运输能力，保持其在近地轨道的全球领先地位。在发展目标上，开展商业应用，引入商业力量，可提升国际空间站的综合效益，激发美国航天创新活力，实现以下目标：鼓励发展全新的市场；吸引新的投资者参与航天活动并产生经济效益；确保强大的工业基础能力不仅能够支撑未来的航天任务，还可支撑许多相关产业；使得各种创新思想、方法、成果相互融合，成为经济开发的基石［1］。

在推动商业化发展过程中，美国国家航天局（NASA）制定了商业近地轨道开发计划，规划近、中、远期发展计划，明确发展目标、发展模式和重点举措，同时指出，近中期国际空间站运营仍由NASA 主导，积极推进商业化市场化进程，包括制定国际空间站商业应用定价政策、允许私人航天员前往国际空间站、推动低轨商业空间站开发进程等；远期国际空间站运营移交私营企业，实现完全商业化［2］。 当前，美国并未最终确定完全商业化运营的时间与模式，仍处于政府主导、商业参与的发展阶段，重点发展三方面，一是商业运输服务，引入竞争，降低成本；二是将空间站美国舱段作为国家实验室，开展新型商业合作关系，开展商业在轨应用；三是太空旅游。

中国空间站已于2022 年底完成建造，进入全面应用与发展的新阶段。 作为建设科技强国和航天强国的重大标志性工程，空间站在发展过程中将始终坚持创新引领、注重综合效益，以建立先进、完备的空间科学研究与应用体系、产出重大原创成果、提升综合应用效益为主要目标。 为此，空间站后续发展中需考虑引导社会力量参与载人航天发展，探索发展新模式，促进载人航天高质量发展。 国际空间站在建造和运营过程中，将商业化作为提升效益、激发创新活力的重要手段，发展了较为成熟的商业模式，开展了多领域商业应用，相关做法值得借鉴。

2 重点举措

2.1 完善商业航天政策战略

美国早在20 世纪80～90 年代已奠定商业载人航天运输的基础，从国家层面制定商业航天法规政策，明确商业航天在国家中的地位和作用。近年来，美国不断深化和加强商业航天发展，开展商业航天监管改革，以实现国家利益的最大化。重新设立国家航天委员会，从国家层面对载人航天、商业航天与军事航天进行顶层规划，在美国第一至三号总统航天政策令中，要求相关政府机构改进对商业航天的监管。 一号令推动技术发展［3］，二号令推动机构改革［4］。 在最新发布的2020 版《美国国家航天政策》中，明确指出美国商业航天产业在全球航天市场处于领先地位是实现国家战略目标的基础，要把美国打造成开展商业航天活动的首选国家［5］。 在商业载人航天方面，指出鼓励扩大美国商业载人太空探索规模，包括近地轨道及以远的后勤补给、人员货物运输、持续商业化运营，利用微重力开展研发活动。 在法案修订完善方面，国会对相关法案进行了修订，帮助制定规章标准来管理商业载人航天飞行，使得规章制度有利于技术发展，规避乘员飞行风险。 针对近地轨道商业载人航天，美国出台相关政策战略大力推进其发展。 NASA 于2019 年6 月发布《商业低地球轨道开发计划》，指出了国际空间站近期及中长期商业化发展路线，明确将进一步扩大国际空间站商业化程度。 美国白宫科技政策办公室于2023 年3 月发布《国家近地轨道研发战略》，提出美国在近地轨道研发的5 项战略政策目标，指出增加市场机会，促进创新和可持续发展。 这是美国政府首次出台的近地轨道科研战略，旨在指导美国借助商业公司或其他非政府组织，采用创新的合作模式，保证美国在国际空间站退役前后持续利用近地轨道空间的能力［6］。

2.2 健全商业载人航天管理机制

美国通过立法，明确政府各部门的商业航天管理职能，建立了较为完善的商业航天管理体制，秉持聚焦商业化发展需求、实施政府有效监管、确保国家利益与安全、维持公平竞争环境的发展原则，推进商业化发展。 在商业载人航天领域，NASA 负责管理，提供技术和服务支持，进行安全监管，并为监管机构提供技术支撑，开展近地轨道商业载人航天运输和空间站商业运营及应用活动。 为高效推进国际空间站商业化发展，NASA专门成立相关管理部门和机构，发展商业运输及商业应用等。

在商业载人航天运输方面，为弥补航天飞机退役后美国近地轨道运输的断档，NASA 制定了商业货物和载人运输计划，于2005 年成立了商业乘员与货物项目办公室，购买由商业公司提供的新型、低成本空间站货物和乘员运输服务，于2006 年启动了商业轨道运输服务（Commercial Orbital Transportation Services， COTS）计划，并在2009 年启动了商业乘员开发（Development of the Commercial Crew Program， CCDev）计划［7］。 该模式灵活性高、可有效降低成本，鼓励创新。 商业公司负责项目的整套运营，包括总体设计、研制、制造、试验、发射和运营管理等，NASA 仅负责进度、安全监管及技术支持［8］。 在合同管理上，采用固定价格里程碑事件的合作方式，政府只有在企业完成相关的里程碑任务后才向其提供开发资金，而不再签订一个成本加利润的、开放式的研发合同，企业要比以往投入更多的自有资金。 此外，每个承包商的里程碑事件不完全相同，NASA 通过衡量实际表现的里程碑事件，评估未来资金投入情况。

在空间站商业应用方面，美国国会在2005 年《NASA 授权法案》中，将国际空间站美国舱段确定为国家实验室，向NASA 以外的其他政府机构、非营利机构和私营企业开放，发展商业应用［9］，并在2010 年《NASA 授权法案》中，指示NASA 与非营利实体签订合作协议，以管理国际空间站国家实验室［10］，2011 年，NASA 与空间科学促进中心（Center for the Advancement of Science in Space，CASIS）签订协议管理国家实验室，即国际空间站上NASA 可用资源的50%，空间科学促进中心的主要职责是最大限度地提高国际空间站的利用率，并将国际空间站作为研究平台产生商业利益。 NASA 总监察长办公室和NASA 总部对空间科学促进中心进行监管，通过与空间科学促进中心签署合作协议，在研究路径、教育平台、补助金和项目组合、招募国家实验室用户、匹配研究项目和投资者、寻找合作伙伴、筹款、国家实验室研究乘员时间的使用、推广服务等9 个方面开展具体绩效评估，NASA 根据年度报告、现场考察、与空间科学促进中心领导层的讨论和支撑数据来评估空间科学促进中心的绩效，并每年发布一份由NASA 签署的书面评估备忘录［11⁃12］。

2.3 落实合作协议推动计划实施

NASA 通过与商业公司签署空间法案协议（Space Act Agreement， SAA）的方式，开展商业服务，所有使用空间站资源的商业和营销活动都需要与NASA 签订一份有偿空间法协议或与NASA达成的其他计划，NASA 以此收回成本。

空间法案协议包括4 类协议：有偿协议、无偿协议、资助协议和国际协议。 其中有偿协议是指商业公司向NASA 支付费用购买资源。 批准该协议的前提通常是NASA 拥有的独特资源、服务及设施未得到充分利用，而商业公司计划开展的项目与NASA 的总体任务方针一致，且不会妨碍NASA 执行常规任务。 无偿协议是指不涉及资金往来的协议，而是以其他形式进行等价交换。 在该协议下，各商业公司自行承担项目参与成本，而NASA 会提供专业技术、评估、经验教训、数据等资源，合作研发出的商业化产品可供政府和非政府客户使用。 资助协议是指NASA 提供经费支持，商业公司负责提供产品或服务。 在该协议下，只有商业公司在规定时间内完成了预定的里程碑计划，且实现了预期的设计，达到安全性及性能目标，才能够从NASA 获得经费支持。 NASA 在公布资助协议时通常会给出预估成本。 国际协议是指协议合作伙伴为外国实体的有偿或无偿协议。外国合作伙伴可以是不根据美国州或联邦法律设立的法人实体，可以包括外国主权国家的商业或非商业实体或个人或政府实体［13⁃14］。

国际空间站国家实验室的合作方式上，此前授权范围仅限于研究和开发，为进一步扩大国际空间站的商业应用，使空间站更多地面向企业开放，促进近地轨道太空经济发展，NASA 在2019年正式允许在国际空间站上进行商业制造和生产，制定了近地轨道商业使用定价政策，便于企业购买站上资源开展商业活动，并允许企业向国际空间站运送私人航天员。

3 实施效果

3.1 应用方向

目前，国际空间站商业应用主要包括三类，一是站上商业应用，包括在轨实验／试验、太空制造、小卫星部署、商业搭载等；二是商业货运／人员运输，竞标开展空间站货物补给和人员运输；三是商业旅游类，包括太空旅游和新兴的私人航天员任务。

3.1.1 在轨应用

在轨应用主要是通过商业平台、机柜、载荷、气闸舱等，利用独特的空间环境开展实验研究，可分为舱内应用和舱外应用。 通过引入商业研究设施，大大提升了国际空间站所支持研究项目的领域和数量。 NASA 已与超过39 家公司合作，在空间站上安装了18 个商业设施，开展商业在轨实验／试验。 在轨应用主要方向包括太空制造、空间站释放小卫星、商业搭载等［15］。

太空制造是指利用空间站作为在轨平台，开发和验证先进材料和前沿技术，用于在轨生产和制造地面产品，促进商业在轨制造多样化和可持续发展，提升空间站应用效益，改善地球生活质量。 在轨制造目前涉及的主要领域包括先进材料、晶体制造、薄膜沉积、组织工程和再生医药等。目前，太空制造公司利用各种制造技术，利用微重力环境开发出只有在太空才能实现的创新产品和概念。 该公司生产的3D 打印机是第一台在太空中使用的制造设备，供政府和商业客户使用。 该公司还在国际空间站上生产ZBLAN 光纤，这是第一款在国际空间站上制造并在地球上进行销售的商业产品。

空间站释放小卫星为微纳卫星提供了一种低成本进入空间的方式。 纳米架（NanoRacks）是首家提供空间站商业释放微纳卫星服务的公司，利用NanoRacks 立方体卫星释放系统开展小卫星释放部署。 该系统设计符合NASA 国际空间站安全性要求，安装在日本实验舱多用途实验台上。

商业搭载主要是指商业用户利用货运飞船向国际空间站运送货物和试验设备。 纳米架公司是一家提供航天商业产品和服务的私营企业，是国际空间站商业应用的代理商。 有搭载需求的商业用户和纳米架签署合同，支付运费，就可利用飞船将货物或试验用品搭载至空间站，再将做好试验的数据和相关资料带回地面用于科学研究。

3.1.2 商业运输

美国通过商业货物和乘员运输计划，为国际空间站提供运输服务。

通过授予商业补给服务（Commercial Resup⁃ply Services， CRS）合同，提供货物运输服务，目前已经进行到第二阶段商业补给服务合同任务阶段，授予了太空探索技术（SpaceX）、轨道－ATK 以及内华达山脉等3 家公司，目前正在提供货物运输服务的为SpaceX 公司龙飞船／猎鹰－9 火箭和轨道－ATK 公司的天鹅座飞船／安塔瑞斯火箭，内华达山脉公司的追梦者号太空飞机最早要2024年提供首次运输服务。 通过商业乘员开发开展人员运输。 NASA 授予SpaceX 公司和波音公司开展乘员运输，分别由载人龙飞船和星际客船提供服务［16］。

3.1.3 商业旅游

太空旅游是国际空间站商业发展的重要方向。 2001 年至2009 年期间，太空探险公司与俄罗斯航天国家集团和科罗廖夫能源火箭航天集团合作，支持7 名太空游客乘坐俄罗斯联盟号飞船前往国际空间站。 2021 年12 月，太空探险公司时隔12 年再次利用联盟飞船将2 名太空游客送达国际空间站。 2022 年4 月，美国公理太空公司利用载人龙飞船执行首次国际空间站私人航天员任务。 随着载人龙飞船、联盟飞船等投入商业服务，各类太空旅游项目有望快速发展，常态化、商业化、平民化的太空旅游将成为世界载人航天活动的重要组成部分。

目前仅有14 人次参与国际空间站太空旅游活动，乘客主要是来自各行各业有经济实力、身体状况相对较好、有航天梦想的成功人士。 随着载人龙飞船、星际客船等轨道飞行器投入商业服务，各类太空旅游项目有望快速发展，太空游客数量将大幅增长，成为一类重要的航天飞行参与者。

3.2 存在问题

国际空间站在推进商业化发展过程中，存在商业运输安全风险高、应用管理不到位情况，在一定程度上影响应用效益的发挥。

3.2.1 商业运输安全性存在隐患

在商业运输发展早期，美国曾发生过几次事故，商业公司在经验、技术、管理等方面仍需进一步加强。 载人航天商业化的目标是降低成本，为争夺政府订单，商业公司必须拿出低投入、高回报的方案，以压倒竞争者，大量的成本压缩，导致风险系数提高，需要政府实施更有力的监管［17］。

3.2.2 商业应用管理不到位

在国际空间站商业应用管理中，存在的主要问题是委托机构空间科学发展中心履职以及NASA 对国家实验室合作协议的管理方面，没有根据国际空间站应用情况的变化做出调整，主要体现在：空间科学发展中心的业务结构不符合非营利组织的典型结构或功能，NASA 参与空间科学促进中心董事会工作，削弱首席执行官管理企业的权力，对空间科学促进中心的整体运行及其经济效益产生了重大不利影响；没有进行定期且可靠的用户群整合，NASA 与空间科学促进中心之间、空间科学促进中心与实施合作伙伴之间存在沟通不畅；NASA 的监督管理不善，监管要求不够清晰、完整，同时在管理空间生命和物理科学研究，以及应用机构、商业伙伴、国家实验室参与者和国际空间站国际伙伴之间的复杂关系方面，NASA 存在不足［18］。

针对该类问题，NASA 采取相应措施，制定年度绩效指标，以可量化的数字目标或其他可衡量的值，评估总体目标是否实现，具体包括简化合作协议，方便与NASA 之间的沟通和联合制定规划；采取措施推动实现研发（空间生命和物理科学研究与应用）、产业发展（空间站国家实验室）和商业化（实施伙伴）的协同发展；加强NASA 的监督，建立量化绩效指标体系评价空间站应用，至少每年审查一次，解决商业用户招募、应用研究的平衡、对商业服务提供商的支持等问题。

4 启示

中国空间站已全面转入应用与发展阶段，未来10 年主要任务就是管好、用好和发展好空间站。 为实现应用与发展阶段的目标，提升中国空间站的应用效益，应充分发挥市场机制作用，纳入商业社会力量，健全发展机制、完善管理体系、探索重点应用方向，激发创新活力，推动载人航天高质量发展。

4.1 建立健全商业化发展机制

美国高度重视商业航天发展，在推进国际空间站商业化发展过程中，从政府、主管机构NASA等各个层面制定相关政策机制、谋划低轨发展战略，构建管理机构，体系化推进商业化进程。

中国空间站进入应用与发展阶段后，为推动空间站高质量发展，激发创新活力、提升综合效益、降低应用管理成本，需谋划载人航天商业化发展模式，营造载人航天商业化发展良好环境，制定分层级、分类别的商业化机制；通过融入社会资本、工程提前培育等方式提升商业航天能力；给予商业公司载人航天相关标准、技术和基础设施等支持，按照规范要求对商业航天进行监管。

4.2 健全完善商业应用管理体系

针对商业化发展需要，国际空间站通过建立商业乘员与货物项目办公室、空间科学促进中心等机构管理商业运输、商业在轨应用等，为商业资本更便捷、更有效参与空间站商业活动提供保障。

中国空间站在现有运营管理的机制下，根据任务的新特点和新要求，可探索发展“政府主导、商业化运营、多种资源配置”的运营管理模式，开展商业化运营工作，关系国家安全和战略的重大任务由国家投入，一般任务由相关国家计划、企业或市场多渠道支持，商业任务按市场模式管理。

4.3 探索发展重点商业应用方向

国际空间站已在在轨实验／试验、在轨制造、小卫星释放、商业搭载、太空旅游等多领域开展商业应用，取得了较好效益。

中国空间站在发展商业应用时，面向世界科技前沿和经济主战场，应识别、征集、遴选有发展前景的商业应用方向，服务创新型国家建设需要。基于空间站平台与地方政府、商业公司、个人用户开展合作，满足社会各界的多种需求。 针对发展需求，重点发展太空制造、生物医药、材料实验、小卫星部署、太空旅游等领域，促进成果转化和产业发展。 目前，中国已经发布《关于征集空间站低成本货物运输系统总体方案的公告》，市场化采购低成本货物运输服务，迈出了商业化发展的重要一步。